嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程-課件

嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程第9章嵌入式系統(tǒng)概述1PPT課件嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介第9章嵌入式系統(tǒng)概述1PPT課件廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn)。但由于他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件和軟件的能力有限，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多任務(wù)功能時(shí)，往往困難重重，甚至無法實(shí)現(xiàn)從狹義上講，那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場(chǎng)合的專用軟硬件系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。9.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介2PPT課件廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征1.系統(tǒng)內(nèi)核?。河捎谇度胧较到y(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。3PPT課件嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征1.系統(tǒng)內(nèi)核?。?PPT課件2.專用性強(qiáng)： 嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。 即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。 同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。4PPT課件2.專用性強(qiáng)：4PPT課件3.系統(tǒng)精簡(jiǎn)： 嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。5PPT課件3.系統(tǒng)精簡(jiǎn)：5PPT課件4.高實(shí)時(shí)性O(shè)S： 這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。6PPT課件4.高實(shí)時(shí)性O(shè)S：6PPT課件5.嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化： 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。 為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。7PPT課件5.嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化：7PPT課件6.嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境：由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。8PPT課件6.嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境：8PPT課件9.2嵌入式系統(tǒng)的組成9PPT課件9.2嵌入式系統(tǒng)的組成9PPT課件嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。嵌入式硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設(shè)備內(nèi)部。嵌入式軟件是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和各種專用軟件，一般固化在ROM或閃存中。嵌入式系統(tǒng)軟硬兼施，融為一體，成為產(chǎn)品，但在開發(fā)過程中需要一些開發(fā)工具進(jìn)行輔助開發(fā)。

10PPT課件嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。10PPT課件嵌入式系統(tǒng)的整體架構(gòu)11PPT課件嵌入式系統(tǒng)的整體架構(gòu)11PPT課件嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。12PPT課件嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且嵌入式微處理器可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用需求的產(chǎn)品。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級(jí)。13PPT課件嵌入式微處理器可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用需求嵌入式微處理器分類14PPT課件嵌入式微處理器分類14PPT課件嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式處理器。嵌入式處理器可以分為四類：嵌入式微處理器EMPU

（EmbeddedMicroprocessorUnit）

嵌入式微控制器EMCU

（EmbeddedMicrocontrollerUnit）

嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器EDSP

（EmbeddedDigitalSignalProcessor）

嵌入式片上系統(tǒng)ESoC

（EmbeddedSystemonChip）

嵌入式系統(tǒng)硬件核心15PPT課件嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式處理器。嵌入式系統(tǒng)硬件核心15PP嵌入式微處理器EMPU嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對(duì)應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。嵌入式微處理器制造商：摩托羅拉、英特爾、IBM、日立、NEC、東芝、AMD、國(guó)家半導(dǎo)體、Zilog、IDT、富士通、Atmel、太陽、微系統(tǒng)、夏普、Oki、飛利浦等。主要的嵌入式微處理器包括：MotorolaPowerPC、IntelPentium、Motorola68000、strongARM、MIPS、AMDX86系列等等。16PPT課件嵌入式微處理器EMPU嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設(shè)接口封裝在同一片集成電路里。嵌入式微控制器制造商：摩托羅拉、英特爾、英飛凌科技、Atmel、日立、NEC、三菱、東芝、松下、Microchip、富士、飛利浦、德州儀器、三星、三洋、索尼、Oki、凌陽科技等。主要的嵌入式微控制器包括：MCS-51、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K、Z8、C540、PIC、AVR等系列。嵌入式微控制器EMCU17PPT課件嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM嵌入式DSP專門用來對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)，目前廣泛應(yīng)用的是TI產(chǎn)品TMS320C2000/C5000系列，另外Intel和Siemens也有相應(yīng)的產(chǎn)品。嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器EDSP18PPT課件嵌入式DSP專門用來對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編ESoC：在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SoC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語言描述。用戶只需定義出整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后，就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。嵌入式片上系統(tǒng)ESoC

19PPT課件ESoC：在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)。嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟件核心包括：

系統(tǒng)軟件：嵌入式操作系統(tǒng)

支撐軟件：嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)及工具

應(yīng)用軟件：嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)軟件核心20PPT課件嵌入式系統(tǒng)軟件核心包括：嵌入式系統(tǒng)軟件核心20PPT課件1．軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ) 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯在磁盤中。2．軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性 盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高、片上存儲(chǔ)器容量不斷增加，但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征21PPT課件1．軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)嵌入式系統(tǒng)軟件的特征21PPT課件3．操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性 在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧、合理調(diào)度是保證系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，單純提高處理器的速度是無法完成這些要求的，也是沒有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來完成，因此操作系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用語言： 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最受歡迎的前3種編程語言分別是C(74.6%)、匯編(69.6%)和C++(50.1%)。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征22PPT課件3．操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)軟件的特征22PPT課通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件都在OS平臺(tái)上面運(yùn)行，但一般不是實(shí)時(shí)的。嵌入式系統(tǒng)則不同，應(yīng)用程序用匯編語言和C語言來開發(fā)，可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)23PPT課件通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件一般來說，操作系統(tǒng)內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、管理設(shè)備等。但是，一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows等，將許多功能引入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的內(nèi)核變得越來越大。內(nèi)核變大使得占用的資源增多，剪裁起來很麻煩。嵌入式操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核只提供基本的功能，比如：任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時(shí)鐘管理等。其它的應(yīng)用組件，比如網(wǎng)絡(luò)功能、文件系統(tǒng)等均工作在用戶態(tài)，以系統(tǒng)進(jìn)程或函數(shù)調(diào)用的方式工作。因而系統(tǒng)都是可裁減的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用相應(yīng)的組件。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

1．微內(nèi)核結(jié)構(gòu)24PPT課件一般來說，操作系統(tǒng)內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、管任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。不可搶占式調(diào)度：一個(gè)任務(wù)一旦獲得CPU就獨(dú)占CPU運(yùn)行，除非由于某種原因，它決定放棄CPU的使用權(quán)；可搶占式調(diào)度：基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)，當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)可以隨時(shí)讓位給優(yōu)先級(jí)更高的處于就緒態(tài)的其它任務(wù)；時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)有同樣的優(yōu)先級(jí)，不同任務(wù)輪轉(zhuǎn)地使用CPU，直到系統(tǒng)分配的CPU時(shí)間片用完。目前，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)采用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度法，對(duì)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)則采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

2．任務(wù)調(diào)度25PPT課件任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求較高，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。有兩種類型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求限定某一任務(wù)必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，只要求各任務(wù)運(yùn)行得越快越好；硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求，一旦系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，就可能會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯(cuò)誤，一般在工業(yè)控制中應(yīng)用較多。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

3．硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)26PPT課件多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求較高，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。一些桌面操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲(chǔ)器的概念。采用段式管理、頁式管理、或段頁式管理。但是，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不使用虛存技術(shù)，對(duì)內(nèi)存的訪問是直接的，使用物理地址；而且，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存空間沒有保護(hù)，各個(gè)進(jìn)程共享同一個(gè)運(yùn)行空間。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為它分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲(chǔ)器。由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員必須參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理，對(duì)軟件中的一些內(nèi)存操作必須格外小心。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

4．內(nèi)存管理27PPT課件一些桌面操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲(chǔ)器的概念。采用段式管理、頁式管嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。Flash的運(yùn)行方式，是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從Flash的某個(gè)地址開始執(zhí)行。這種方法實(shí)際上是很多嵌入式系統(tǒng)所采用的方法。內(nèi)核加載方式是把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行。這種方式相對(duì)復(fù)雜一些，但是運(yùn)行速度可能更快，因?yàn)镽AM的存取速率要比Flash高。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

5．內(nèi)核加載方式28PPT課件嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)RTOS：女媧Hopen桑夏2000DeltaOS中軟Linux2.0LinuxHardHatLinux(MontaVista)RedFlagLinux（紅旗Linux）HBOS（“天堂之鳥”）SuseRedHatEmbedixLynxOS(LynuxWorks)29PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)國(guó)內(nèi)RTOS：29PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

國(guó)外RTOS：VXWorks(風(fēng)河系統(tǒng))WindowsCE(微軟)VRTX(明導(dǎo)資訊)PalmPowerTVAMX(KADAK)CExecutivePSX(JMI)VelOSity(GreenHills)OS-9(MicrowareSystems)OSE(EneaOSESystems)QNX(QNXSoftwareSys)RTXC(Lineo/EmbeddedPowerCorp)SuperTask!(USSoftware)ThreadX(ExpressLogic)TNT/RTX(VenturCom)WindowsNTEmbedded/XP(微軟)30PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)國(guó)外RTOS：30PPT課件嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具

編譯器：GNU編譯器調(diào)試工具：GNU調(diào)試工具集成開發(fā)環(huán)境（IDE）繪圖入門工具算法開發(fā)工具：UML/SDL工具庫網(wǎng)絡(luò)/通信協(xié)議配置管理工具需求管理工具DSP開發(fā)工具器件驅(qū)動(dòng)器開發(fā)工具軟硬件協(xié)同驗(yàn)證工具Java工具存儲(chǔ)器分析工具軟件仿真/建模工具WinCE工具測(cè)試軟件事件跟蹤工具內(nèi)電路仿真器（ICE）ROM仿真器JTAG仿真器邏輯分析器示波器31PPT課件嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具編譯器：GNU編譯器Java工具31PP9.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程329.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程321嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：人機(jī)交互界面有限的功能時(shí)間關(guān)鍵性和穩(wěn)定性

33PPT課件1嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：需要交叉開發(fā)環(huán)境：交叉開發(fā)環(huán)境是指實(shí)現(xiàn)編譯、鏈接和調(diào)試應(yīng)用程序代碼的環(huán)境。與運(yùn)行應(yīng)用程序的環(huán)境不同，它分散在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)環(huán)境之中。

宿主機(jī)(Host)是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，一般是PC機(jī)。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。

目標(biāo)機(jī)(Target)可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。34PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：34PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：引入任務(wù)設(shè)計(jì)方法需要固化程序軟件開發(fā)難度大嵌入式應(yīng)用軟件對(duì)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性等性能的要求都比通用軟件的要求更為嚴(yán)格和苛刻。35PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：35PPT課件2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用軟件的開發(fā)流程大同小異，但開發(fā)所使用的設(shè)計(jì)方法具有嵌入式開發(fā)的特點(diǎn)。整個(gè)開發(fā)流程可分為：需求分析階段設(shè)計(jì)階段生成代碼階段固化階段36PPT課件2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用需求分析階段嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的時(shí)效性，需求分析階段的主要任務(wù)是：(1)對(duì)問題的識(shí)別和分析對(duì)用戶提出的問題進(jìn)行抽象識(shí)別用以產(chǎn)生以下的需求：功能需求、性能需求、環(huán)境需求、可靠性需求、安全需求、用戶界面需求、資源使用需求、軟件成本與開發(fā)進(jìn)度需求。37PPT課件需求分析階段嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的需求分析階段(2)制訂規(guī)格說明文檔經(jīng)過對(duì)問題的識(shí)別，產(chǎn)生了系統(tǒng)各方面的需求。通過對(duì)規(guī)格的說明，文檔得以清晰、準(zhǔn)確地描述。這些說明文檔包括需求規(guī)格說明書和初級(jí)的用戶手冊(cè)等。(3)需求評(píng)審需求評(píng)審作為系統(tǒng)進(jìn)入下一階段前最后的需求分析復(fù)查手段，在需求分析的最后階段對(duì)各項(xiàng)需求進(jìn)行評(píng)估，以保證軟件需求的質(zhì)量。需求評(píng)審的內(nèi)容包括正確性、無歧義性、安全性、可驗(yàn)證性、一致性、可理解性、可修改性、可追蹤性等多個(gè)方面。38PPT課件需求分析階段(2)制訂規(guī)格說明文檔38PPT課件設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的并發(fā)性，嵌入式軟件開發(fā)中引入了DARTS(DesignApproachforReal-TimeSystem)

DARTS設(shè)計(jì)方法：是結(jié)構(gòu)化分析/結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的擴(kuò)展。它給出劃分任務(wù)的方法，并提供定義任務(wù)間接口的機(jī)制。

DARTS設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟如下：(1)數(shù)據(jù)流分析(2)劃分任務(wù)(3)定義任務(wù)間的接口39PPT課件設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)生成代碼階段生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交叉編譯和鏈接、交叉調(diào)試和測(cè)試等。40PPT課件生成代碼階段生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交代碼編程生成代碼階段在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般采用的方法是先在通用PC上編程，然后通過交叉編譯鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺(tái)上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式。最后將程序下載到目標(biāo)平臺(tái)上的特定位置，在目標(biāo)板上啟動(dòng)運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼。41PPT課件代碼編程生成代碼階段在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般生成代碼階段交叉編譯和鏈接嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后，要進(jìn)行編譯和鏈接以生成可執(zhí)行代碼。但是，在開發(fā)過程中設(shè)計(jì)人員普遍使用Intel的x86系列CPU的計(jì)算機(jī)進(jìn)行開發(fā)，而目標(biāo)環(huán)境的處理芯片卻是多種多樣的，如ARM，DSP，PowerPC，DragonBall系列等，這就要求開發(fā)機(jī)上的編譯器能支持交叉編譯。

嵌入式集成開發(fā)環(huán)境都支持交叉編譯、鏈接，如WindRiver公司的TornadoⅡ以及GNU套件等。交叉編譯鏈接生成兩種類型的可執(zhí)行文件：調(diào)試用的可執(zhí)行文件和固化的可執(zhí)行文件。42PPT課件生成代碼階段交叉編譯和鏈接嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后生成代碼階段交叉調(diào)試交叉調(diào)試，又叫遠(yuǎn)程調(diào)試，具有以下特點(diǎn)：調(diào)試器和被調(diào)試的程序運(yùn)行在不同的機(jī)器上。調(diào)試器運(yùn)行在PC或工作站上，而被調(diào)試程序運(yùn)行在各式的專用目標(biāo)機(jī)上；調(diào)試器通過某種通信方式與目標(biāo)機(jī)建立聯(lián)系，如串口、并口、網(wǎng)絡(luò)、JTAG或者專用的通信方式；43PPT課件生成代碼階段交叉調(diào)試交叉調(diào)試，又叫遠(yuǎn)程調(diào)試，具有以下特點(diǎn)：在目標(biāo)機(jī)上一般具有某種調(diào)試代理，這種代理能與調(diào)試器一起配合完成對(duì)目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行程序的調(diào)試。這種代理可以是某種能支持調(diào)試的硬件，也可以是某種軟件；目標(biāo)機(jī)可以是一種仿真機(jī)。通過在宿主機(jī)上運(yùn)行目標(biāo)機(jī)的仿真軟件，仿真一臺(tái)目標(biāo)機(jī)，使整個(gè)調(diào)試工作只在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的測(cè)試與通用軟件的測(cè)試相似，分為單元測(cè)試和系統(tǒng)集成測(cè)試。生成代碼階段測(cè)試44PPT課件在目標(biāo)機(jī)上一般具有某種調(diào)試代理，這種代理能與調(diào)試器一起配合完固化階段嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。

嵌入式軟件的特點(diǎn)如下：(1)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)。(2)軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。(3)系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。(4)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為嵌入式應(yīng)用軟件的必需。45PPT課件固化階段嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基總結(jié)：嵌入式軟件開發(fā)的要點(diǎn)

嵌入式應(yīng)用軟件高度依賴目標(biāo)應(yīng)用的軟硬件環(huán)境，軟件的部分任務(wù)功能函數(shù)由匯編語言完成，具有高度的不可移植性。為了保證實(shí)時(shí)性能，使用效率高和速度快的匯編語言是不可避免的。盡可能提高嵌入式應(yīng)用軟件的可移植性方法：(1)盡量用高級(jí)語言開發(fā)，少用匯編語言(2)局域化不可移植部分(3)提高軟件的可重用性46PPT課件總結(jié)：嵌入式軟件開發(fā)的要點(diǎn)46PPT課件2.3嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試過程：47PPT課件2.3嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試過程：47PPT課件2.3嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法：1．源程序模擬器方式2．監(jiān)控器方式3．仿真器方式48PPT課件2.3嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法：48PPT課件源程序模擬器方式源程序模擬器(Simulator)是在PC機(jī)上，通過軟件手段模擬執(zhí)行為某種嵌入式處理器編寫的源程序的測(cè)試工具。

注意:模擬器的功能畢竟是以一種處理器模擬另一種處理器的運(yùn)行，在指令執(zhí)行時(shí)間、中斷響應(yīng)、定時(shí)器等方面很有可能與實(shí)際處理器有相當(dāng)大的差別。另外，它無法仿真嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用系統(tǒng)中的實(shí)際執(zhí)行情況。比如：ARM公司的ARMulator模擬器

49PPT課件源程序模擬器方式源程序模擬器(Simulator)是在監(jiān)控器方式監(jiān)控器(Monitor)調(diào)試方式需要目標(biāo)機(jī)與宿主機(jī)協(xié)調(diào)。首先，在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間通過串口、以太口等建立物理連接，然后在宿主機(jī)上運(yùn)行調(diào)試器，目標(biāo)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控程序和被調(diào)試程序，從而建立宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的邏輯連接。宿主機(jī)通過調(diào)試器與目標(biāo)機(jī)的監(jiān)控器建立通信連接，它們相互間的通信遵循遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議。比如ARM公司的Angel。50PPT課件監(jiān)控器方式監(jiān)控器(Monitor)調(diào)試方式需要目標(biāo)仿真器方式仿真器調(diào)試方式是在微處理器的內(nèi)部嵌入額外的控制模塊。當(dāng)特定的觸發(fā)條件滿足時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入某種特殊狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，被調(diào)試的程序暫時(shí)停止運(yùn)行，宿主機(jī)的調(diào)試器通過微處理器外部特設(shè)的通信口訪問各種寄存器、存儲(chǔ)器資源，并執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)試指令。在宿主機(jī)的通信端口和目標(biāo)板調(diào)試通信接口之間，通信接口的引腳信號(hào)可能存在差異，因此在這兩者之間往往可以通過一塊信號(hào)轉(zhuǎn)換電路板連接。一般高檔的微處理器都帶JTAG(JointTestActionGroup,聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組)接口，它是一種邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，只需5根引腳就可以實(shí)現(xiàn)在線仿真的功能。51PPT課件仿真器方式仿真器調(diào)試方式是在微處理器的內(nèi)部嵌入額外2.4板級(jí)支持包由于嵌入式系統(tǒng)中采用微處理器／微控制器的多樣性，嵌入式操作系統(tǒng)的可移植性顯得更加重要。所以有些嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核明確分成兩層，上層一般稱為“內(nèi)核”，而低層則稱為“硬件抽象層”，底層的縮寫是HAL，也有的廠商(如VxWorks的提供者WindRiver公司)把硬件抽象層稱為BSP，即板級(jí)支持包(BoardSupportPackage)。板級(jí)支持包是操作系統(tǒng)與目標(biāo)應(yīng)用硬件環(huán)境的中間接口，它是軟件包中具有平臺(tái)依賴性的那一部分。板級(jí)支持包的主要功能包括兩部分：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)硬件進(jìn)行初始化為驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件的手段52PPT課件2.4板級(jí)支持包由于嵌入式系統(tǒng)中采用微處理器／微控制器嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程第9章嵌入式系統(tǒng)概述53PPT課件嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介第9章嵌入式系統(tǒng)概述1PPT課件廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn)。但由于他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件和軟件的能力有限，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多任務(wù)功能時(shí)，往往困難重重，甚至無法實(shí)現(xiàn)從狹義上講，那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場(chǎng)合的專用軟硬件系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。9.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介54PPT課件廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征1.系統(tǒng)內(nèi)核?。河捎谇度胧较到y(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。55PPT課件嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征1.系統(tǒng)內(nèi)核小：3PPT課件2.專用性強(qiáng)： 嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。 即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。 同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。56PPT課件2.專用性強(qiáng)：4PPT課件3.系統(tǒng)精簡(jiǎn)： 嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。57PPT課件3.系統(tǒng)精簡(jiǎn)：5PPT課件4.高實(shí)時(shí)性O(shè)S： 這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。58PPT課件4.高實(shí)時(shí)性O(shè)S：6PPT課件5.嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化： 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。 為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。59PPT課件5.嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化：7PPT課件6.嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境：由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。60PPT課件6.嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境：8PPT課件9.2嵌入式系統(tǒng)的組成61PPT課件9.2嵌入式系統(tǒng)的組成9PPT課件嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。嵌入式硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設(shè)備內(nèi)部。嵌入式軟件是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和各種專用軟件，一般固化在ROM或閃存中。嵌入式系統(tǒng)軟硬兼施，融為一體，成為產(chǎn)品，但在開發(fā)過程中需要一些開發(fā)工具進(jìn)行輔助開發(fā)。

62PPT課件嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。10PPT課件嵌入式系統(tǒng)的整體架構(gòu)63PPT課件嵌入式系統(tǒng)的整體架構(gòu)11PPT課件嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。64PPT課件嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且嵌入式微處理器可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用需求的產(chǎn)品。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級(jí)。65PPT課件嵌入式微處理器可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用需求嵌入式微處理器分類66PPT課件嵌入式微處理器分類14PPT課件嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式處理器。嵌入式處理器可以分為四類：嵌入式微處理器EMPU

（EmbeddedMicroprocessorUnit）

嵌入式微控制器EMCU

（EmbeddedMicrocontrollerUnit）

嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器EDSP

（EmbeddedDigitalSignalProcessor）

嵌入式片上系統(tǒng)ESoC

（EmbeddedSystemonChip）

嵌入式系統(tǒng)硬件核心67PPT課件嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式處理器。嵌入式系統(tǒng)硬件核心15PP嵌入式微處理器EMPU嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對(duì)應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。嵌入式微處理器制造商：摩托羅拉、英特爾、IBM、日立、NEC、東芝、AMD、國(guó)家半導(dǎo)體、Zilog、IDT、富士通、Atmel、太陽、微系統(tǒng)、夏普、Oki、飛利浦等。主要的嵌入式微處理器包括：MotorolaPowerPC、IntelPentium、Motorola68000、strongARM、MIPS、AMDX86系列等等。68PPT課件嵌入式微處理器EMPU嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設(shè)接口封裝在同一片集成電路里。嵌入式微控制器制造商：摩托羅拉、英特爾、英飛凌科技、Atmel、日立、NEC、三菱、東芝、松下、Microchip、富士、飛利浦、德州儀器、三星、三洋、索尼、Oki、凌陽科技等。主要的嵌入式微控制器包括：MCS-51、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K、Z8、C540、PIC、AVR等系列。嵌入式微控制器EMCU69PPT課件嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM嵌入式DSP專門用來對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)，目前廣泛應(yīng)用的是TI產(chǎn)品TMS320C2000/C5000系列，另外Intel和Siemens也有相應(yīng)的產(chǎn)品。嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器EDSP70PPT課件嵌入式DSP專門用來對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編ESoC：在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SoC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語言描述。用戶只需定義出整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后，就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。嵌入式片上系統(tǒng)ESoC

71PPT課件ESoC：在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)。嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟件核心包括：

系統(tǒng)軟件：嵌入式操作系統(tǒng)

支撐軟件：嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)及工具

應(yīng)用軟件：嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)軟件核心72PPT課件嵌入式系統(tǒng)軟件核心包括：嵌入式系統(tǒng)軟件核心20PPT課件1．軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ) 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯在磁盤中。2．軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性 盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高、片上存儲(chǔ)器容量不斷增加，但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征73PPT課件1．軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)嵌入式系統(tǒng)軟件的特征21PPT課件3．操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性 在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧、合理調(diào)度是保證系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，單純提高處理器的速度是無法完成這些要求的，也是沒有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來完成，因此操作系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用語言： 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最受歡迎的前3種編程語言分別是C(74.6%)、匯編(69.6%)和C++(50.1%)。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征74PPT課件3．操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)軟件的特征22PPT課通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件都在OS平臺(tái)上面運(yùn)行，但一般不是實(shí)時(shí)的。嵌入式系統(tǒng)則不同，應(yīng)用程序用匯編語言和C語言來開發(fā)，可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)75PPT課件通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件一般來說，操作系統(tǒng)內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、管理設(shè)備等。但是，一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows等，將許多功能引入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的內(nèi)核變得越來越大。內(nèi)核變大使得占用的資源增多，剪裁起來很麻煩。嵌入式操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核只提供基本的功能，比如：任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時(shí)鐘管理等。其它的應(yīng)用組件，比如網(wǎng)絡(luò)功能、文件系統(tǒng)等均工作在用戶態(tài)，以系統(tǒng)進(jìn)程或函數(shù)調(diào)用的方式工作。因而系統(tǒng)都是可裁減的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用相應(yīng)的組件。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

1．微內(nèi)核結(jié)構(gòu)76PPT課件一般來說，操作系統(tǒng)內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、管任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。不可搶占式調(diào)度：一個(gè)任務(wù)一旦獲得CPU就獨(dú)占CPU運(yùn)行，除非由于某種原因，它決定放棄CPU的使用權(quán)；可搶占式調(diào)度：基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)，當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)可以隨時(shí)讓位給優(yōu)先級(jí)更高的處于就緒態(tài)的其它任務(wù)；時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)有同樣的優(yōu)先級(jí)，不同任務(wù)輪轉(zhuǎn)地使用CPU，直到系統(tǒng)分配的CPU時(shí)間片用完。目前，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)采用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度法，對(duì)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)則采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

2．任務(wù)調(diào)度77PPT課件任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求較高，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。有兩種類型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求限定某一任務(wù)必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，只要求各任務(wù)運(yùn)行得越快越好；硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求，一旦系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，就可能會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯(cuò)誤，一般在工業(yè)控制中應(yīng)用較多。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

3．硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)78PPT課件多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求較高，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。一些桌面操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲(chǔ)器的概念。采用段式管理、頁式管理、或段頁式管理。但是，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不使用虛存技術(shù)，對(duì)內(nèi)存的訪問是直接的，使用物理地址；而且，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存空間沒有保護(hù)，各個(gè)進(jìn)程共享同一個(gè)運(yùn)行空間。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為它分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲(chǔ)器。由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員必須參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理，對(duì)軟件中的一些內(nèi)存操作必須格外小心。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

4．內(nèi)存管理79PPT課件一些桌面操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲(chǔ)器的概念。采用段式管理、頁式管嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。Flash的運(yùn)行方式，是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從Flash的某個(gè)地址開始執(zhí)行。這種方法實(shí)際上是很多嵌入式系統(tǒng)所采用的方法。內(nèi)核加載方式是把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行。這種方式相對(duì)復(fù)雜一些，但是運(yùn)行速度可能更快，因?yàn)镽AM的存取速率要比Flash高。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)

5．內(nèi)核加載方式80PPT課件嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)RTOS：女媧Hopen桑夏2000DeltaOS中軟Linux2.0LinuxHardHatLinux(MontaVista)RedFlagLinux（紅旗Linux）HBOS（“天堂之鳥”）SuseRedHatEmbedixLynxOS(LynuxWorks)81PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)國(guó)內(nèi)RTOS：29PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

國(guó)外RTOS：VXWorks(風(fēng)河系統(tǒng))WindowsCE(微軟)VRTX(明導(dǎo)資訊)PalmPowerTVAMX(KADAK)CExecutivePSX(JMI)VelOSity(GreenHills)OS-9(MicrowareSystems)OSE(EneaOSESystems)QNX(QNXSoftwareSys)RTXC(Lineo/EmbeddedPowerCorp)SuperTask!(USSoftware)ThreadX(ExpressLogic)TNT/RTX(VenturCom)WindowsNTEmbedded/XP(微軟)82PPT課件常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)國(guó)外RTOS：30PPT課件嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具

編譯器：GNU編譯器調(diào)試工具：GNU調(diào)試工具集成開發(fā)環(huán)境（IDE）繪圖入門工具算法開發(fā)工具：UML/SDL工具庫網(wǎng)絡(luò)/通信協(xié)議配置管理工具需求管理工具DSP開發(fā)工具器件驅(qū)動(dòng)器開發(fā)工具軟硬件協(xié)同驗(yàn)證工具Java工具存儲(chǔ)器分析工具軟件仿真/建模工具WinCE工具測(cè)試軟件事件跟蹤工具內(nèi)電路仿真器（ICE）ROM仿真器JTAG仿真器邏輯分析器示波器83PPT課件嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具編譯器：GNU編譯器Java工具31PP9.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程849.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程321嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：人機(jī)交互界面有限的功能時(shí)間關(guān)鍵性和穩(wěn)定性

85PPT課件1嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：需要交叉開發(fā)環(huán)境：交叉開發(fā)環(huán)境是指實(shí)現(xiàn)編譯、鏈接和調(diào)試應(yīng)用程序代碼的環(huán)境。與運(yùn)行應(yīng)用程序的環(huán)境不同，它分散在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)環(huán)境之中。

宿主機(jī)(Host)是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，一般是PC機(jī)。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。

目標(biāo)機(jī)(Target)可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。86PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：34PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：引入任務(wù)設(shè)計(jì)方法需要固化程序軟件開發(fā)難度大嵌入式應(yīng)用軟件對(duì)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性等性能的要求都比通用軟件的要求更為嚴(yán)格和苛刻。87PPT課件嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：35PPT課件2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用軟件的開發(fā)流程大同小異，但開發(fā)所使用的設(shè)計(jì)方法具有嵌入式開發(fā)的特點(diǎn)。整個(gè)開發(fā)流程可分為：需求分析階段設(shè)計(jì)階段生成代碼階段固化階段88PPT課件2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用需求分析階段嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的時(shí)效性，需求分析階段的主要任務(wù)是：(1)對(duì)問題的識(shí)別和分析對(duì)用戶提出的問題進(jìn)行抽象識(shí)別用以產(chǎn)生以下的需求：功能需求、性能需求、環(huán)境需求、可靠性需求、安全需求、用戶界面需求、資源使用需求、軟件成本與開發(fā)進(jìn)度需求。89PPT課件需求分析階段嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的需求分析階段(2)制訂規(guī)格說明文檔經(jīng)過對(duì)問題的識(shí)別，產(chǎn)生了系統(tǒng)各方面的需求。通過對(duì)規(guī)格的說明，文檔得以清晰、準(zhǔn)確地描述。這些說明文檔包括需求規(guī)格說明書和初級(jí)的用戶手冊(cè)等。(3)需求評(píng)審需求評(píng)審作為系統(tǒng)進(jìn)入下一階段前最后的需求分析復(fù)查手段，在需求分析的最后階段對(duì)各項(xiàng)需求進(jìn)行評(píng)估，以保證軟件需求的質(zhì)量。需求評(píng)審的內(nèi)容包括正確性、無歧義性、安全性、可驗(yàn)證性、一致性、可理解性、可修改性、可追蹤性等多個(gè)方面。90PPT課件需求分析階段(2)制訂規(guī)格說明文檔38PPT課件設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的并發(fā)性，嵌入式軟件開發(fā)中引入了DARTS(DesignApproachforReal-TimeSystem)

DARTS設(shè)計(jì)方法：是結(jié)構(gòu)化分析/結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的擴(kuò)展。它給出劃分任務(wù)的方法，并提供定義任務(wù)間接口的機(jī)制。

DARTS設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟如下：(1)數(shù)據(jù)流分析(2)劃分任務(wù)(3)定義任務(wù)間的接口91PPT課件設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)生成代碼階段生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交叉編譯和鏈接、交叉調(diào)試和測(cè)試等。92PPT課件生成代碼階段生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交代碼編程生成代碼階段在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般采用的方法是先在通用PC上編程，然后通過交叉編譯鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺(tái)上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式。最后將程序下載到目標(biāo)平臺(tái)上的特定位置，在目標(biāo)板上啟動(dòng)運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼。93PPT課件代碼編程生成代碼階段在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般生成代碼階段交叉編譯和鏈接嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后，要進(jìn)行編譯和鏈接以生成可執(zhí)行代碼。但是，在開發(fā)過程中設(shè)計(jì)人員普遍使用Intel的x86系列CPU的計(jì)算機(jī)進(jìn)行開發(fā)，而目標(biāo)環(huán)境的處理芯片卻是多種多樣的，如ARM，DSP，PowerPC，DragonBall系列等，這就要求開發(fā)機(jī)上的編譯器能支持交叉編譯。

嵌入式集成開發(fā)環(huán)境都支持交叉編譯、鏈接，如WindRiver公司的TornadoⅡ以及GNU套件等。交叉編譯鏈接生成兩種類型的可執(zhí)行文件：調(diào)試用的可執(zhí)行文件和固化的可執(zhí)行文件。94PPT課件生成代碼階段交叉編譯和鏈接嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后生成代碼階段